Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Kỳ vọng đổi mới dịch vụ công

Kỳ vọng đổi mới dịch vụ công

Những ngày cuối tháng 9, tại trung tâm phục vụ hành chính công (PVHCC) ở một số địa phương trên địa bàn tỉnh, không khí làm việc vẫn diễn ra nhộn nhịp như thường lệ. Tuy nhiên, bên cạnh những quầy tiếp nhận hồ sơ quen thuộc, một “trợ lý” mới đang hỗ trợ người dân và cán bộ trong quá trình thực hiện thủ tục hành chính (TTHC). Đó là hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) được đưa vào thử nghiệm với kỳ vọng tạo ra bước chuyển mới trong cải cách hành chính và xây dựng chính quyền số.

Mặt trận xã Châu Quế gần dân hơn từ chuyển đổi số

Mặt trận xã Châu Quế gần dân hơn từ chuyển đổi số

Thời gian qua, Ủy ban Mặt trận Tổ quốc Việt Nam (MTTQ) xã Châu Quế đã đưa chuyển đổi số vào hoạt động bằng những cách làm thiết thực, gần gũi, mở thêm kênh lắng nghe, kết nối với Nhân dân. Nổi bật là "Tổ công nghệ số" và mô hình "Quét mã QR - Lắng nghe ý kiến Nhân dân", giúp người dân dễ tiếp cận, dễ sử dụng và chủ động hơn trong việc phản ánh tâm tư, nguyện vọng.

“Một đoàn viên - mười công dân số”

“Một đoàn viên - mười công dân số”

Tại Bắc Hà, Đoàn Thanh niên xã triển khai mô hình “1+10” Một đoàn viên - mười công dân số, phát huy lợi thế về công nghệ của tuổi trẻ để hỗ trợ người dân tiếp cận, sử dụng hiệu quả các dịch vụ số ngay từ cơ sở.

Thôn số - tạo chuyển biến ở Văn Chấn

Thôn số - tạo chuyển biến ở Văn Chấn

Từ những thao tác trên chiếc điện thoại thông minh, chuyển đổi số (CĐS) đang từng bước hiện diện trong đời sống người dân xã Văn Chấn. Với mô hình “Thôn số”, địa phương đưa kỹ năng số đến từng hộ dân, mở rộng khả năng tiếp cận dịch vụ công, kết nối thị trường, quảng bá và tiêu thụ sản phẩm.

Thể lệ cuộc thi trực tuyến “Tìm hiểu về chuyển đổi số quốc gia" tỉnh Lào Cai năm 2026

Thể lệ cuộc thi trực tuyến “Tìm hiểu về chuyển đổi số quốc gia" tỉnh Lào Cai năm 2026

Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Lào Cai vừa có thông báo về thể lệ và hướng dẫn tham gia cuộc thi trực tuyến “Tìm hiểu về Chuyển đổi số quốc gia: Từ kiến trúc, nền tảng, dữ liệu đến kết quả thực chất, nâng cao hiệu quả quản trị quốc gia” tỉnh Lào Cai năm 2026.

Tạo lực đẩy mới cho khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo ở Lào Cai

Tạo lực đẩy mới cho khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo ở Lào Cai

Từ nghiên cứu từng bước tạo ra sản phẩm, quy trình và giá trị mới trong thực tiễn, Lào Cai đang tiếp tục hoàn thiện cơ chế tài chính cho khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo. Nghị quyết 27/2026/NQ-HĐND được HĐND tỉnh ban hành tháng 8/2026 tạo thêm cơ sở để phân bổ nguồn lực sát hơn với từng khâu của quá trình nghiên cứu, ứng dụng và đưa kết quả vào sản xuất, kinh doanh.

Xây dựng hệ sinh thái số phục vụ người dân

Xây dựng hệ sinh thái số phục vụ người dân

Phường Yên Bái đang từng bước hình thành hệ sinh thái số gắn với nhu cầu thực tế của người dân, trong đó dữ liệu được số hóa, kết nối và khai thác để nâng cao hiệu quả giải quyết thủ tục hành chính (TTHC), công tác quản lý Nhà nước và phục vụ Nhân dân.

Đưa chuyển đổi số về từng thôn, bản

Đưa chuyển đổi số về từng thôn, bản

Từ chiếc điện thoại thông minh, người dân có thể thực hiện thủ tục hành chính, thanh toán tiền điện, tiền nước, tiếp cận thông tin của thôn, xã hay tìm kiếm thị trường cho sản phẩm địa phương. Những tiện ích tưởng như thuộc về không gian đô thị đang từng bước hiện diện ở các cộng đồng dân cư nông thôn của Lào Cai.

Thêm tiện ích số, nâng trải nghiệm du lịch Sa Pa

Thêm tiện ích số, nâng trải nghiệm du lịch Sa Pa

Cùng với nâng chất lượng sản phẩm, dịch vụ, Sa Pa đang từng bước bổ sung các tiện ích số tại những khu vực đông người dân, du khách. Kiosk số, wifi công cộng được đưa vào hoạt động đã mở thêm kênh cung cấp thông tin, kết nối, góp phần nâng trải nghiệm tại điểm đến.

fb yt zl tw